Temat: Ustalenie zależności występowania kwasu ferulowego w ziarnie a odpornością na choroby grzybowe pszenicy

Transkrypt

1 SPRAWOZDANIE O STANIE REALIZACJI ZADANIA Nr decyzji MRiRW: nr HOR hn /13/ z dnia r. zadanie nr 17 z wykonania badań podstawowych na rzecz postępu biologicznego w produkcji roślinnej w 2013 roku Temat: Ustalenie zależności występowania kwasu ferulowego w ziarnie a odpornością na choroby grzybowe pszenicy Podmiot realizujący temat: Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii, Katedra Genetyki i Hodowli Roślin, Kierownik tematu: dr hab. Jerzy Nawracała 1

2 pieczątka SPRAWOZDANIE O STANIE REALIZACJI ZADANIA z wykonania badań podstawowych na rzecz postępu biologicznego w produkcji roślinnej w 2013 roku 1. Nr decyzji MRiRW: nr HOR hn /13/ z dnia r. zadanie nr Nazwa tematu: Ustalenie zależności występowania kwasu ferulowego w ziarnie a odpornością na choroby grzybowe pszenicy 3. Podmiot realizujący temat: Katedra Genetyki i Hodowli Roślin, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu 4. Wydział/Pracownia/ Pracownie: Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii 5. Kierownik tematu (zgodnie z kartą tematu): dr hab. Jerzy Nawracała Wykonawcy: prof. dr hab. Juliusz Perkowski dr Danuta Kurasiak-Popowska dr Kinga Stuper-Szablewska pracownicy techniczni 6. Informacja o realizacji prac w roku 2013 a) Materiały i metody: Materiał roślinny Do zasadniczego doświadczenia wybrano 23 genotypy pszenicy ozimej (Tab. 1). Podstawowym kryterium wyboru genotypu była zawartość kwasu ferulowego w ziarnie oraz informacje na temat odporności na choroby grzybowe. Z polskich spółek hodowlanych pochodziło 13 form pszenicy, w tym odmiany Muszelka, Arkadia, Bamberka i Fregata (Tab. 1). Linie te według hodowców charakteryzowały się zróżnicowaną odpornością na Fusarium oraz inne choroby grzybowe. Trzy linie pszenicy ozimej wyprowadzone w Katedrze Genetyki i Hodowli Roślin UP w Poznaniu odznaczały się w przeprowadzonych doświadczeniach dużą odpornością zarówno na mączniaka jak i na Fusarium. Linie te pochodzą z krzyżowania półkarłowych form angielskich i francuskich z czołowymi odmianami polskimi. Pozostałe siedem genotypów to odmiany i linie pochodzące z sześciu krajów europejskich (Niemcy, Czechy, Austria, Holandia, Wegry, Szwecja), które w hodowli pszenicy ozimej są wykorzystywane jako źródła odporności na Fusarium. Z przeprowadzonych badań wynika, że do pszenic europejskich charakteryzujących się najmniejszą podatnością na fuzariozę kłosów zalicza się 2

3 odmianę Praag 8, linie SVPC 87185, UNG 136 (Perkowski J., 1999), Ertus (Góral, 2005), oraz linie i mające w rodowodzie powszechnie uznane źródło odporności - bardzo odporną odmianę pszenicy jarej Sumai 3. Tabela 1. Genotypy pszenicy ozimej analizowane pod względem zawartości kwasu ferulowego w ziarnie. Nr Genotyp Pochodzenie 1 STH 9011 HR Strzelce 2 STH 9035 HR Strzelce 3 Bamberka HR Strzelce 4 Fregata HR Strzelce 5 AND 394/07 PHR 6 NAD PHR 7 SMH 8540 HR Smolice 8 SMH 8489 HR Smolice 9 KBP Małopolska HR 10 KBP 08.8 Małopolska HR 11 Muszelka HR Danko 12 Arkadia HR Danko 13 CHD 7143/04 HR Danko 14 82/2011 UP Poznań 15 83/2011 UP Poznań 16 91/2011 UP Poznań 17 SVPC Holandia Austria 19 UNG Węgry Austria 21 Ertus Szwecja 22 Praag 8 Czechy 23 Tarkus Niemcy Metodyka badań Oznaczanie kwasu ferulowego Do analizy kwasu ferulowego pobierano z przesłanych 100g ziarna próbę o masie 10g. Próby mielono za pomocą młynka laboratoryjnego (WŻ-1). Masa próby do analizy wynosiła 0,20g. Próby umieszczano w zakręcanych probówkach do kultur o pojemności 17ml, gdzie przeprowadzono w pierwszej kolejności hydrolizę zasadową, a następnie kwasową. W celu przeprowadzenia hydrolizy zasadowej do probówek dodano 1ml wody destylowanej oraz 4ml 2-molowego wodnego roztworu 3

4 wodorotlenku sodu. Szczelnie zamknięte próbówki ogrzewano na łaźni wodnej w temp. 95 C przez 30 min. Po schłodzeniu (około 20 minut) próbki poddano neutralizacji za pomocą 2ml 6-molowego wodnego roztworu kwasu solnego (ph=2). Następnie próby chłodzono w wodzie z lodem. Kwas ferulowy ekstrahowano z fazy nieorganicznej za pomocą eteru dietylowego (2x2ml). Uzyskane ekstrakty eterowe na bieżąco przenoszono do fiolki o pojemności 8ml. Następnie przeprowadzano hydrolizę kwasową. W tym celu do fazy wodnej dodawano 3ml 6- molowego wodnego roztworu kwasu solnego. Szczelnie zamknięte próbówki ogrzewano na łaźni wodnej w temp. 95 C przez 30 min. Po schłodzeniu w wodzie z lodem próbki poddano ekstrakcji za pomocą eteru dietylowego (2x2ml). Uzyskane ekstrakty eterowe na bieżąco przenoszono do fiolki o pojemności 8ml, po czym odparowano do sucha w strumieniu azotu. Przed rozpoczęciem analizy próby rozpuszczano w 1ml metanolu. Analizę przeprowadzono za pomocą wysokosprawnego chromatografu cieczowego (Waters SDS 501) z detektorem absorbcjometrycznym (Waters 486 Tunable Absorbance Detector). Rozdział chromatograficzny odbywał się na kolumnie RP C-18, 250 x 4mm x 5μm, jako fazę wymywającą stosowano mieszaninę acetonitryl : 2% kwas octowy w wodzie (ph=2) (gradient). Pomiar stężenia kwasu ferulowego następował przy użyciu wzorca zewnętrznego przy długości fali λ=320 nm. Identyfikacja związku odbywała się na podstawie porównania czasu retencji badanego piku (46,2 min) z czasem retencji standardu oraz poprzez dodanie do badanej próbki określonej ilości standardu i powtórną analizę. Odzysk kwasu ferulowego wynosił 98%, natomiast poziom wykrywalności 1μg/g. Inokulacja Przygotowanie inokulum Do produkcji inokulum zastosowano kilka izolatów grzybów rodzaju Fusarium porażających pszenicę, reprezentujących różne gatunki, charakteryzujące się wysoką patogenicznością: F. graminearum i F. culmorum - po 3 izolaty z każdego gatunku. W celu zweryfikowania poprawności identyfikacji gatunków przeprowadzono izolację DNA patogenów a następnie reakcję PCR w oparciu o specyficzne startery. Wybrane izolaty zaszczepiono na sterylnym ziarnie pszenicy w szklanych kolbach. Następnie hodowano przez około 4 tygodnie. Tak przygotowany materiał infekcyjny suszono i przechowywano w temperaturze 4 C do momentu inokulacji. W dniu inokulacji ziarno z grzybnią i zarodnikami konidialnymi moczono w wodzie, a następnie filtrowano przez gazę w celu uzyskania zawiesiny zarodników bez fragmentów grzybni. Ustalono stężenie zarodników na około 10 6 Iml. Następnie zawiesiny wszystkich izolatów zmieszano. Przeprowadzenie inokulacji 4

5 Inokulację przeprowadzono poprzez opryskiwanie roślin zawiesiną zarodników. Oprysk przeprowadzono dwukrotnie w odstępie tygodniowym w okresie kwitnienia roślin pszenicy. Ocena stopnia porażenia i efektów porażenia Nasilenie fuzariozy kłosów oceniano od momentu ukazania się pierwszych objawów choroby. Po trzech tygodniach od drugiej inokulacji oceniono porażenie przez fuzariozę kłosów. Określano udział kłosów z objawami porażenia w ogólnej liczbie kłosów na poletku oraz liczbę porażonych kłosków w kłosach z objawami choroby. Z każdego poletka zbierano po 20 losowo wybranych kłosów. Ocena wykonana została w oparciu o klucz graficzny do oznaczania chorób opracowany przez EPPO (European and Mediterranean Plant Protection Organization). Index fuzariozy obliczono wg następującego wzoru Index fuzariozy kłosa (IFK) = (procent porażenia kłosa x procent kłosów porażonych na poletku)/ 100 Opracowanie wyników Otrzymane wyniki opracowano statystycznie przy pomocy programu Statistica. b) Szczegółowe omówienie wykonanych prac i uzyskanych wyników Zadanie 1. Przeprowadzenie doświadczeń polowych w 3 lokalizacjach z 23 genotypami pszenicy ozimej: obserwacje fenologiczne i morfologiczne, ocena stopnia porażenia chorobami grzybowymi Doświadczenia polowe założone zostały w 3 lokalizacjach: Rolniczym Gospodarstwie Doświadczalnym Dłoń, na polu Stacji Doświadczalnej Katedry Genetyki i Hodowli Roślin Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, w Strzelcach - Hodowla Roślin Strzelce sp. z o. o. w Krzeczowicach - Małopolska Hodowla Roślin - HBP Spółka z o.o. Oddział Stacja Hodowli Roślin Mikulice, Dział Hodowli Krzeczowice. Wybrane 23 genotypy wysiano we wrześniu 2012 r. na poletkach hodowlanych o powierzchni 1m 2, (1mx1m), w układzie bloków losowanych. Zostały zastosowane trzy kombinacje doświadczalne: 1) Pełna ochrona chemiczna: TILT TURBO 575 EC (1.0 l/ha) i Duet Ultra 497 SC (0,6l/ha) 2) Brak ochrony chemicznej, naturalne porażenie chorobami 3) Brak ochrony fungicydowej, sztuczna inokulacja grzybami z rodzaju Fusarium W czasie okresu wegetacji przeprowadzono ocenę stopnia porażenia genotypów przede wszystkim przez choroby fuzaryjne kłosa oraz przez mączniaka, septoriozę i rdzę brunatną. W trzeciej kombinacji doświadczalnej przeprowadzono inokulację zgodnie z zamieszczoną powyżej procedurą. 5

6 Wyniki W 2013 r. wszystkie rośliny pszenicy przezimowały dobrze we wszystkich trzech lokalizacjach. Stan doswiadczeń był bardzo dobry (Fot. 1, 2 i 3) co umozliwiło w tym roku zebranie wszystkich wyników. Fot. 1. Stan doświadczenia w RGD Dłoń ( ) Fot. 2. Zbiór pojedynków z doświadczenia w Hodowli Roślin Strzelce Sp. z o. o.( ) Fot. 3. Doświadczenie w Krzeczowicach (Małopolska Hodowla Roślin - HBP Spółka z o.o, Oddział Stacja Hodowli Roślin Mikulice, Dział Hodowli Krzeczowice

7 W trakcie okresu wegetacji przeprowadzono ocenę stopnia porażenia genotypów przede wszystkim przez choroby fuzaryjne kłosa oraz przez mączniaka, septoriozę i rdzę brunatną. We wstepnej wersji sprawozdania przedstawiono wyniki obserwacji porażenia fuzarioza kłosa po przeprowadzonej inokulacji. Zakres indeksu fuzariozy kłosa wynosił od 1% do 42,5 % w Dłoni, od 3% do 63% w Krzeczowicach o od 1% do 50% w Strzelcach (Tab. 2). Największe średnie porażenie obserwowano w Krzeczowicach (23,5%) a nastepnie w Strzelcach (20,2%) i w Dłoni (14,6%). We wszystkich trzech lokalizacjach genotypy uważane za odporne np. Praag 8 i Ertus, (za wyjątkiem genotypu 20816) miały niski procent porażenia kłosa, procent porażonych kłosów, a w efekcie niski indeks fuzariozy kłosa (Tab. 2). Wsród odmian i genotypów pochodzących z polskich hodowli roślin były genotypy o niskim (np. Fregata, 83/2011), ale również o wysokim poziomie indeksu fuzariozy kłosa (np. STH 9011, NAD 08104) (Tab. 2). Tabela 2. Procent porażenia kłosa, procent porażonych kłosków i indeks fuzariozy kłosa (IFK) 23 genotypów pszenicy ozimej po inokulacji Dłoń Krzeczowice Strzelce Genotyp Średni PP PP PP PP PP PP IFK IFK IF indeks kłosa kłosków kłosa kłosków kłosa kłosków fuzariozy STH , ,7 STH , , ,8 Bamberka , ,1 Tarkus ,7 AND 394/ ,75 10,3 NAD , ,3 SMH , , ,5 9,5 SMH , ,2 KBP ,75 31,6 KBP , ,8 Muszelka , , ,1 Arkadia , ,9 CHD 7143/ , ,8 Fregata , , ,7 82/ ,5 13,2 83/ , ,5 91/ , ,8 SVPC , , ,2 UNG , ,3 Ertus ,0 Praag ,7 Średnia 29,3 42,0 14,6 46,5 43,0 23,6 33,9 49,8 20,2 19,4 7

8 Tabela 3.Występowanie mączniaka w 23 genotypach pszenicy ozimej w 3 lokalizacjach Genotyp ochrona chemiczna Dłoń Krzeczowice Strzelce naturalne Inokulo wane ochrona chemiczna naturalne Inokulo wane ochrona chemiczna naturalne STH STH Bamberka Tarkus AND 394/ NAD SMH SMH KBP KBP Muszelka Arkadia CHD 7143/ Fregata / / / SVPC UNG Ertus Praag Inokulo wane W tabeli 3 zamieszczczono wyniki porażenia genotypów pszenicy przez mączniaka prawdziwego. Można zauważyć, iż wystepowały duże różnice w porażeniu pomiędzy genotypami, jak również pomiędzy lokalizacjami. W Krzeczowicach na odmianach Bamberka i Tarkus oraz liniach STH 9035, SMH 8489 i CHD 7143/04 nie zaobserwowano występowania objawów mączniaka we wszystkich kombinacjach doświdczalnych. Największe nasilenie choroby w roku 2013 występowało w HR Strzelce, gdzie wyniki porażenia przez mączniaka takich genotypów jak Fregata czy 91/2011kształtowały się na poziomie 2-3 w skali 9-cio stopniowej. Średnio dla wszystkich warantów doświadczenia w Strzelach porażenie było na poziomie 4, w Dłoni 5,5 natomiast w Kończewicach 7,9. 8

9 Tabela 4.Występowanie rdzy brunatnej w 23 genotypach pszenicy ozimej w 3 lokalizacjach Genotyp ochrona chemiczna Dłoń Krzeczowice Strzelce Inokulo ochrona Inokulo ochrona naturalne wane chemiczna naturalne wane chemiczna naturalne STH ,5 STH ,5 6 9 Bamberka ,5 Tarkus ,5 3,5 4,5 AND 394/ ,5 NAD SMH SMH ,5 7 KBP ,5 7 6 KBP ,5 8 Muszelka Arkadia ,5 CHD 7143/ ,5 5,5 7,5 Fregata ,5 5 82/ ,5 6 4,5 83/ ,5 4 91/ ,5 8,5 4 SVPC , ,5 8 UNG ,5 7, ,5 Ertus ,5 Praag ,5 5,5 Inokulo wane Rdza brunatna występowała w 2013 roku w 3 lokalizacjach (tabela 4). Najmniejsze nasilenie tej choroby zaobserwowano w Dłoni, gdzie w wariancie chronionym chemicznie u 6 genotypów nie zaobserwowano objawów choroby. W Krzeczowicach i Strzelcach największe objawy choroby widoczne były w wariancie kontrolnym, w genotypach UNG oraz SMH 8489 w Krzeczowicach były na poziomie 2. Nasilenie septoriozy w roku 2013 było znaczące i średnio wynosiło: w Krzeczowicach od 3,8 w warunkach kontrolnych do 4,7 przy ochronie chemicznej; w granicach 5 dla wszystkich wariantów doświadczenia w Strzelcach, oraz od 4,7 do 5,3 w Dłoni. Wyliczona mediana zarówno Dłoni i Strzelec wynosi 5. W przypadku Kończewic 4 dla wariantu naturalnego i inokulowanego, oraz 5 dla wariantu chronionego chemicznie. 9

10 Tabela 5.Występowanie septoriozy w 23 genotypach pszenicy ozimej w 3 lokalizacjach Genotyp ochrona chemiczna Dłoń Krzeczowice Strzelce Inokulo ochrona Inokulo ochrona naturalne wane chemiczna naturalne wane chemiczna naturalne STH STH Bamberka Tarkus AND 394/ NAD SMH SMH KBP KBP Muszelka Arkadia CHD 7143/ Fregata / / / SVPC UNG Ertus Praag Inokulo wane Zadanie 2. Krzyżowanie genotypów pszenicy w różnym stopniu porażanych przez choroby grzybowe o wysokiej i niskiej zawartości kwasu ferulowego Celem zadania było przeprowadzenie krzyżowań pomiędzy wysokoplonującymi odmianami pszenicy ozimej o średniej bądź słabej odporności na Fusarium, a odmianami o wysokiej odporności na tą chorobę. (Tab. 6). Krzyżowanie wybranych genotypów pszenicy ozimej przeprowadzono w warunkach polowych w RGD Dłoń. Wykonano osiem kombinacji krzyżowania w wyniku, którego otrzymano 2276 ziaren pokolenia F 1. 10

11 Tabela. 6. Genotypy rodzicielskie i liczba uzyskanych nasion w kombinacjach krzyżowania wykonanych w RGD Dłoń, w 2013 roku Genotyp mateczny Genotyp ojcowski Liczba uzyskanych nasion Tarkus Korweta 519 Ertus Tonacja 291 Naridana Praag /2011 Rosario 142 Ostka Strzelecka Praag /2011 Markiza 450 Praag 8 Bogadka 237 Naridana Ertus 254 W tabeli 6 na czerwono zaznaczono genotypy odznaczające się wysoką, bądź bardzo wysoką odpornością na fuzarium. Genotyp Ertus pochodzi ze Szwecji z krzyżowania Eroica LI / Virtus i określa się go jako odporny. Praag 8 to bardzo odporna odmiana lokalna wywodząca się z Czech (Góral, 2005, Biuletyn IHAR). Obydwa genotypy stanowią uznane źródła odporności. Należy jednak zaznaczyć, że są to genotypy wysokie, odznaczające się póżnym terminem kwitnienia, oraz o niezbyt pożądanym przez hodowców długim i luźnym kłosie. Dlatego też wykonano krzyżówki z genotypami o średniej wysokości, oraz o znacznie korzystniejszych cechach plonotwórczych, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej odporności na Fuzarium. W doświadczeniu przeprowadzonym w 2012 roku spośród badanych odmian Tarkus i Fregata cechowały się najwyższą odpornością na fuzarium. Znając znaczenie poszerzania zmienności genetycznej w materiałach hodowlanych autorzy zdecydowali się na krzyżowanie odmiany Tarkus. Genotypy 82/2011 oraz 83/2011 charakteryzowały się wysoką odpornością na fuzariozę kłosa w poprzednich latach badań. Linie te, otrzymane w Katedrze Genetyki i Hodowli Roślin, pochodzą z krzyżowania półkarłowych form angielskich i francuskich z czołowymi odmianami polskimi. Fot 4. Krzyżowanie pszenicy w RGD Dłoń ( ) 11

12 Zadanie 3. Analiza zawartości związków fenolowych ogółem oraz kwasu ferulowego w ziarnie zebranym z genotypów będących w doświadczeniu polowym Celem zadania była analiza zawartości związków fenolowych pochodzących z ziarna pszenicy ozimej uprawianej w sezonie wegetacyjnym 2012/2013 w 3 lokalizacjach: Rolniczym Gospodarstwie Doświadczalnym Dłoń, Hodowli Roślin Strzelce oraz Małopolskiej Hodowli Roślin Stacji Hodowli Mikulice. Ponieważ kwas ferulowy stanowi ponad 90% sumy związków fenolowych w sprawozdaniu wstępnym zamieszczono wyniki dotyczące zawartości kwasu ferulowego. Przeprowadzone analizy wykazały duże zróżnicowanie zawartości kwasu ferulowego pomiędzy badanymi genotypami, pomiędzy kombinacjami doświadczenia jak i pomiędzy lokalizacjami doświadczeń. Najniższą zawartością kwasu ferulowego charakteryzowało sie ziarno zebrane z kombinacji chronionej chemicznie. W zależności od genotypu zawartość kwasu ferulowego wahała się od 521 do 1257 µg/g. Istotnie mniejszą zawartość kwasu ferulowego charakteryzowało się ziarno pszenicy z Krzeczowic (Tab. 7). Genotypy o najmniejszym indeksie fuzariozy: Praag 8, Ertus i Fregata miały zróżnicowaną zawartość kwasu ferulowego. Podobne zróżnicowanie obserwowano wśród genotypów o wysokim indeksie fuzariozy (Tab. 7) Tabela 7. Zawartość kwasu ferulowego w ziarnie 23 genotypów pszenicy chronionych chemicznie w zależności od lokalizacji doświadczenia (µg/g). Genotyp Dłoń Krzeczowice Strzelce Średnia STH b 492 a 546 b 528,7 a STH b 980 a 1087 b 1053,0 c Bamberka 737 b 662 a 734 b 711,0 ab Tarkus 898 b 806 a 894 b 866,0 b AND 394/ b 655 a 726 b 703,3 ab NAD b 829 a 919 b 890,3 bc SMH b 1170 a 1298 a 1257,0 d SMH b 781 a 866 b 839,0 b KBP b 455 a 505 b 489,0 a KBP b 768 a 851 b 824,7 b Muszelka 540 b 485 a 538 b 521,0 a Arkadia 743 b 667 a 740 b 716,7 ab CHD 7143/ b 829 a 919 b 890,3 bc Fregata 867 b 778 a 863 b 836,0 b 82/ b 838 a 929 b 900,0 bc 83/ b 828 a 918 b 889,3 bc 91/ b 813 a 902 b 873,7 bc SVPC b 632 a 701 b 679,0 ab b 1081 a 1199 b 1161,3 cd UNG b 887 a 984 b 953,0 bc 12

13 b 558 a 619 b 599,7 ab Ertus 909 b 816 a 905 b 876,7 b Praag b 926 a 1027 b 994,7 bc Różnice istotne na poziomie ufności α=0,05 Zawartość kwasu ferulowego w ziarnie 23 genotypów pszenicy rosnących w naturalnych warunkach porażenia chorobami była silnie zróznicowana pomiędzy lokalizacjami doświadczenia najwieksza w Strzelcach. W zależności od genotypu zawartość kwasu ferulowego wahała się od 1153,3 do 2208,0 µg/g. Wśród genotypów o najniższym indeksie fuzariozy (< 15) zawartości kwasu ferulowego była zróżnicowana i wahała się od 1163,3 do 2208,0 µg/g. Również duże zróżnicowanie pod względem zawartości kwasu ferulowego odnotowano u genotypów porażonych w dużym stopniu przez fuzariozę kłosa (Tab. 8). Tabela 8. Zawartość kwasu ferulowego w ziarnie 23 genotypów pszenicy rosnących w naturalnych warunkach porażenia chorobami w zależności od lokalizacji doświadczenia(µg/g) Genotyp Dłoń Krzeczowice Strzelce Średnia STH a 1923 b 2611 c 2093,3 f STH a 1132 b 1392 c 1184,0 a Bamberka 1106 a 1218 b 1495 c 1273,0 a Tarkus 1794 a 1975 b 1994 b 1921,0 e AND 394/ a 1183 a 1787 b 1348,0 b NAD a 1148 b 1274 c 1155,0 a SMH a 1481 b 1403 b 1409,7 bc SMH a 1036 b 1694 c 1223,7 a KBP b 1731 c 1204 a 1502,3 c KBP a 1265 b 1643 c 1352,3 b Muszelka 1578 b 1738 c 1286 a 1534,0 c Arkadia 1365 a 1503 c 1785 b 1551,0 c CHD 7143/ a 1133 b 1298 c 1153,3 a Fregata 1387 b 1527 c 1149 a 1354,3 b 82/ a 1348 b 1351 b 1307,7 ab 83/ a 1255 b 1255 b 1216,7 a 91/ b 1611 c 1312 a 1462,0 bc SVPC a 1798 b 2191 c 1874,0 d a 1170 b 1257 c 1163,3 a UNG a 1610 b 1667 b 1579,7 c a 1159 b 1927 c 1379,7 b Ertus 986 a 1086 b 1920 c 1330,7 b Praag a 2354 b 2132 a 2208,0 f Różnice istotne na poziomie ufności α=0,05 Najwieksza zawartość kwasu ferulowego była w ziarnie 23 genotypów pszenicy po inokulacji grzybami z rodzaju Fusarium. W zależności od genotypu zawartość kwasu ferulowego wahała się od 13

14 2134,3 do 4802,0 µg/g. Podobnie jak w przypadku kombinacji doświadczenia z ochrona chemiczną i naturalnym porażeniem przez choroby, genotypy o małym indeksie fuzariozy i o dużym indeksie fuzariozy charakteryzowały sie dużym zróżnicowaniem zawartości kwasu ferulowego (Tab. 9) Tabela 9. Zawartość kwasu ferulowego w ziarnie 23 genotypów pszenicy po inokulacji grzybami z rodzaju Fusarium w zależności od lokalizacji doświadczenia (µg/g) Genotyp Dłoń Krzeczowice Strzelce Średnia STH a 2201 b 2441 c 2213,0 a STH a 4550 b 5046 c 4574,7 f Bamberka 2239 a 2468 b 2737 c 2481,0 a Tarkus 2808 a 3095 b 3433 c 3112,0 c AND 394/ a 2629 b 2915 c 2643,0 ab NAD a 4121 b 4571 c 4143,7 e SMH a 3208 b 3558 c 3225,7 c SMH a 3118 b 3458 c 3135,0 c KBP a 2715 b 3011 c 2729,7 b KBP a 3019 b 3348 c 3035,3 c Muszelka 4170 a 4596 b 5097 c 4621,0 f Arkadia 2064 a 2275 b 2523 c 2287,3 a CHD 7143/ a 2123 b 2354 c 2134,3 a Fregata 2353 a 2593 b 2876 c 2609,3 ab 82/ a 3651 b 4050 c 3671,3 d 83/ a 3011 b 3220 b 3006,7 c 91/ a 3503 b 3885 c 3522,0 d SVPC a 4758 b 5277 c 4784,0 f a 2342 b 2598 c 2355,0 a UNG a 2248 b 2494 c 2260,7 a a 4776 b 5297 c 4802,0 f Ertus 2205 a 2430 b 2695 c 2443,3 a Praag a 2354 b 2611 c 2364,0 a Różnice istotne na poziomie ufności α=0,05 Doświadczenie było założone w trzech lokalizacjach. Średnia zawartość kwasu ferulowego w ziarnie różniła sie istotnie pomiędzy wszystkimi lokalizacjami w przypadku naturalnego porażenia chorobami i inokulacji (Tab. 10). W Krzeczowicach zawartość kwasu ferulowego była istotnie większa niż w Dłoni a w Strzelcach istotnie większa niż pozostałych lokalizacjach. W przypadku ochrony chemicznej zawartość kwasu ferulowego w ziarnie była istotnie mniejsza niż w Dłoni i Strzelcach. (Tab. 10) Tabela 10. Zawartość kwasu ferulowego w ziarnie 23 genotypów pszenicy w zależności od lokalizacji (µg/g) Lokalizacja doświadczenia Ochrona chemiczna Naturalne porażenie Inokulowane 14

15 Dłoń 859b 1318a 2834a Krzeczowice 771a 1452b 3126b Strzelce 855b 1610c 3456c Różnice istotne na poziomie ufności α=0,05 W doświadczeniu zastosowano trzy kombinacje mające wpływ na porażenie roślin chorobami grzybowymi. Różnice w zawartości kwasu ferulowego w ziarnie zebranym róznych kombinacji były istotne (Tab. 11). Istotnie większą zawartość kwasu ferulowego w porównaniu z ochroną chemiczną odnotowano w przypadku naturalnego porażenia roslin chorobami a istotnie wyższą w porównaniu z tymi dwoma kombinacjami stwierdzono po inokulacji grzybami z rodzaju Fusarium (Tab. 11). Tabela 11. Zawartość kwasu ferulowego w ziarnie 23 genotypów w zależności od wariantu doświadczenia (µg/g) Wariant doświadczenia Dłoń Krzeczowice Strzelce Ochrona chemiczna 859a 771a 855a Naturalne porażenie 1318b 1452b 1610b Inokulowane 2834c 3126c 3456c Różnice istotne na poziomie ufności α=0,05 Wstępne oblicznie współczynnika korelacji pomiędzy indeksem fuzariozy a zawartością kwasu ferulowego wykazało brak istonych korelacji we wszystkich kombinacjach doświadczenia (Tab. 12). Jednak oblicznie współczynnika korelacji na podstawie wyników całego doświadczenia pomiędzy średnią zawratością kwasu ferulowego w ziarnie 23 genotypów pszenicy a indeksem fuzariozy wykazało istnienie istotnej ujemnej korelacji w przypadku wariantu doświadczenia z pełną ochroną chemiczną (Tab. 13). Tabela 12. Współczynniki korelacji pomiędzy zawartością kwasu ferulowego w ziarnie 23 genotypów pszenicy a indeksem fuzariozy (µg/g). Wariant doświadczenia Dłoń Krzeczowice Strzelce Ochrona chemiczna 0,115-0,046 0,004 Naturalne porażenie 0,162 0,163-0,126 Inokulacja 0,324 0,085 0,339 Tabela 13. Współczynniki korelacji pomiędzy średnią zawartością kwasu ferulowego w ziarnie 23 genotypów pszenicy a indeksem fuzariozy (2013) IFK Wariant doświadczenia Ochrona chemiczna Naturalne porażenia Inokulacja -0, , ,

16 Celem badań było stwierdzenie czy istnieje związek pomiędzy zawartością w ziarnie pszenicy kwasu ferulowego a odpornością genotypów na choroby grzybowe w tym przede wszystkim fuzaryjne. Harmonogram prac w bieżącym roku sprawozdawczym został w pełni zrealizowany. Cel badań został osiągnięty 7. Najważniejsze osiągnięcia. Najważniejszym osiągnięciem było stwierdzenie istotnej ujemnej korelacji pomiędzy IFK a średnią zawartością kwasu ferulowego w wariancie pełnej ochrony chemicznej świadczy to o tym, że im większa zawartość kwasu ferulowego w ziarnie danego genotypu tym jest on w mniejszym stopniu porazany przez choroby fuzaryjne kłosa. Drugim ważnym osiągnięciem było stwierdzenie istotnego zróżnicowania zawartości kwasu ferulowego pomiędzy genotypami, kombinacjami doświadczenia i lokalizacjami doświadczeni. 8. Forma upowszechnienia wyników Wyniki są i będą dostępne przez okres 5 lat na stronie internetowej 9. Wykaz prac opublikowanych w roku sprawozdawczym dot. danego tematu: Jerzy Nawracała, Juliusz Perkowski, Danuta Kurasiak-Popowska, Kinga Stuper-Szablewska, Dorota Weigt Zawartość kwasu ferulowego i ergosterolu w ziarnie pszenicy ozimej o zróżnicowanej odporności na choroby fuzaryjne. Konferencja Naukowa "Nauka dla Hodowli i Nasiennictwa Roślin Uprawnych" r. Zakopane. Materiały konferencyjne: Wykaz prac oddanych: Oddano publikację do czasopisma Przemysł Chemiczny numer poświecony składowi chemicznemu różnych gatunków roślin wg aktualnych informacji publikacja czeka na recenzje: Kurasiak-Popowska D., Stuper-Szablewska K., Nawracała J., Perkowski J. Phenolic acids content in winter wheat genotypes with different origin and susceptibility to Fusarium disease. 11. Przyczyny ewentualnych odstępstw od harmonogramu zapisanego w karcie realizacji tematu. 12. Informacja o wynikach współpracy naukowo-technicznej krajowej i z zagranicą (przy współpracy z zagranicą podać kraj, firmę, temat). Nie dotyczy 13. W przypadku udziału w konferencjach, sympozjach, szkoleniach i warsztatach itp, w szczególności zagranicznych: a) cel i korzyści oraz stopień wykorzystania do realizacji zadania; 16

17 Celem wyjazdu na Konferencję Nauka dla hodowli i nasiennictwa Roślin uprawnych, która miała miejsce w dniach r.w Zakopanym była prezentacja posteru pt.: Zawartość kwasu ferulowego i ergosterolu w ziarnie pszenicy ozimej o zróżnicowanej odporności na choroby fuzaryjne którego streszczenie zawarte jest streszczeniach prac. Na Konferencji Naukowej Nauka dla hodowli i nasiennictwa Roślin uprawnych, w wielu wystąpieniach, oraz na wielu posterach poruszano problem chorób grzybowych pszenicy. Omawiano poziom zanieczyszczenia ziarna toksynami fuzaryjnymi, oceniano zmienność genotypów pszenicy ozimej pod względem reakcji na infekcje Fuzarium, piramidowanie genów odporności w odmianach pszenicy. W związku z tak dużym zainteresowaniem chorobami grzybowymi zarówno wśród hodowców, jak i naukowców łatwa była zarówno wymiana doświadczeń jak i poszerzenie wiedzy. Ciągle aktualnym i dyskutowanym jest samo wytworzenie inokulatu stosowanie zróżnicowanej ilości szczepów, wykorzystanie jednego lub kilku gatunków z rodzaju Fusarium, a wreszcie czas i sposób inokulacji. a) w jaki sposób wyjazd podniósł wartość merytoryczną realizowanego zadania. Zdobyta na konferencji wiedza podniosła poziom merytoryczny pracy zwłaszcza w zakresie przygotowania inokulatu oraz pozwoliła na lepszą interpretację otrzymanych wyników. Data: dr hab. Jerzy Nawracała 17

18 Podsumowanie trzyletniego okresu badań ( ) Cel badań Głównym celem projektu było określenie zależności pomiędzy zawartością kwasu ferulowego w ziarnie pszenicy, a odpornością genotypów pszenicy na choroby grzybowe, ze szczególnym uwzględnieniem fuzariozy kłosa (FHB). Jednym z najważniejszych celów pracy było wykazanie, że różnice pomiędzy liniami i odmianami pszenicy w zawartości kwasu ferulowego są cechą zależną od genotypu oraz poszukanie genotypów o wysokiej lub niskiej zawartości kwasu ferulowego. Kolejnym celem badawczym było określenie stopnia porażenia przez grzyby z rodzaju Fusarium genotypów o znanej, zróżnicowanej zawartości kwasu ferulowego. Ostatecznym celem było przeprowadzenie analizy korelacji pomiędzy zawartością kwasu ferulowego a stopniem porażenia przez choroby fuzaryjne. Praktycznym efektem realizacji tematu mogło być wskazanie wstępnej metody selekcji genotypów pszenicy, opartej na analizie zawartości kwasu ferulowego pod kątem ich odporności na grzyby z rodzaju Fusarium. Opis badań objętych projektem. 1 rok realizacji projektu (2011) W pierwszym roku realizacji projektu przeprowadzono analizy zawartości kwasu ferulowego w ziarnie 100 genotypów pszenicy ozimej. Pięćdziesiąt dwa genotypy otrzymano ze wszystkich pięciu spółek hodowlanych zajmujących się w Polsce hodowlą pszenicy ozimej w tym 10 odmian i 42 linie o znanej odporności na choroby grzybowe. Pozostałe 48 genotypów pochodziło z kolekcji Katedry Genetyki i Hodowli Roślin, w tym linie i odmiany, które wg danych literaturowych były odporne na Fusarium oraz linie wyprowadzone w KG i HR pochodzące z krzyżowania półkarłowych form angielskich i francuskich z czołowymi odmianami polskimi.. Przeprowadzone analizy wykazały duże zróżnicowanie zawartości kwasu ferulowego zarówno pomiędzy badanymi genotypami jak i pomiędzy genotypami pochodzącymi z różnych hodowli. Zakres zmienności między genotypami był olbrzymi i wynosił μg/g. Wśród 100 genotypów znaleziono formy zarówno o niskiej jak i wysokiej zawartości kwasu ferulowego. Efektem przeprowadzonej analizy otrzymanych wyników zawartości kwasu ferulowego był wybór 23 genotypów do dalszych doświadczeń. Jesienią 2011 r. zasadnicze doświadczenie z 23 genotypami założono w trzech lokalizacjach: Rolniczym Gospodarstwie Doświadczalnym Dłoń, na polu Stacji Doświadczalnej Katedry Genetyki i Hodowli Roślin Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu, w Strzelcach - Hodowla Roślin Strzelce sp. z o. o. w Krzeczowicach - Małopolska Hodowla Roślin - HBP Spółka z o.o. Oddział Stacja Hodowli Roślin Mikulice, Dział Hodowli Krzeczowice. 2 rok realizacji projektu (2012) Z założonych w 3 lokalizacjach doświadczeń z powodu wyjątkowej zimy 2011/12 r. 2 doświadczenia wymarzły i zostały zlikwidowane. W pozostałym doświadczeniu zlokalizowanym w Krzeczowicach zastosowano trzy kombinacje: 1. Pełna ochrona chemiczna - zastosowano Duet Ultra 497 SC 0,6 l/ha, Capalo 337,5 SE 2 l/ha oraz Granstar 75WG. 2. Brak ochrony chemicznej, naturalne porażenie chorobami 3. Brak ochrony chemicznej, inokulacja grzybami z rodzaju Fusarium - przeprowadzono dwukrotną inokulację ( oraz

19 Wyniki otrzymane w doświadczeniu potwierdziły duże zróżnicowanie zawartości kwasu ferulowego pomiędzy genotypami. Ziarno zebrane z poletek chronionych chemicznie zawierało od 678 (KBP 08.17) do 1942 µg/g (20818) kwasu ferulowego a w ziarnie zebranym z kombinacji inokulowanej zarodnikami Fusarium zawartość kwasu ferulowego w ziarnie wahała się od 1749 do 3935 µg/g. najważniejszym wynikiem było stwierdzenie ujemnej korelacji pomiędzy zawartością kwasu ferulowego a procentem porażenia kłosa, procentem porażonych kłosów i IFK były istotne tylko w przypadku kombinacji chronionej chemicznie. Świadczą one, że wraz ze wzrostem zawartości w ziarnie pszenicy kwasu ferulowego zmniejszał się procent porażenia kłosa, procent porażonych kłosów i IFK. Zależność ta wyrażona współczynnikami korelacji stała się jeszcze wyraźniejsza jeżeli korelacje policzono dla 3 genotypów z największym i 3 z najmniejszym IFK lub 6 genotypów z największym i 6 z najmniejszym IFK. Współczynniki korelacji pomiędzy zawartością kwasu ferulowego w ziarnie pszenicy zebranym z roślin chronionych chemicznie a porażeniem kłosów przez fuzarium 3 genotypy z największym i 3 z najmniejszym IFK 6 genotypów z największym i 6 z najmniejszym IFK Wszystkie 23 genotypy Procent porażenia kłosa -0,866-0,55-0,40 Procent porażonych kłosów -0,85-0,55-0,37 IFK -0,847-0,49-0,34 3 rok realizacji tematu (2013) Doświadczenia polowe w 2012 r. założone zostały ponownie w 3 lokalizacjach: RGD Dłoń, na polu Stacji Doświadczalnej KG i HR UP w Poznaniu, w Strzelcach - HR Strzelce sp. z o. o. i w Krzeczowicach - MHR-HBP Spółka z o.o. Te same 23 genotypy wysiano na poletkach o powierzchni 1m 2, (1m x1m), w układzie bloków losowanych, w takim samym układzie we wszystkich trzech lokalizacjach. Zastosowano 3 kombinacje doświadczalne: 1) Pełna ochrona chemiczna: TILT TURBO 575 EC (1.0 l/ha) i Duet Ultra 497 SC (0,6l/ha) 2) Brak ochrony chemicznej, naturalne porażenie chorobami 3) Brak ochrony fungicydowej, sztuczna inokulacja grzybami z rodzaju Fusarium Wyniki otrzymane z 3 doświadczeń wykazały statystycznie istotne różnice w zawartości kwasu ferulowego pomiędzy badanymi genotypami, pomiędzy kombinacjami doświadczenia jak i pomiędzy lokalizacjami doświadczeń. Obliczenie współczynnika korelacji na podstawie wyników całego doświadczenia pomiędzy średnią zawratością kwasu ferulowego w ziarnie 23 genotypów pszenicy a indeksem fuzariozy wykazało istnienie istotnej ujemnej korelacji w przypadku wariantu doświadczenia z pełną ochroną chemiczną. Współczynniki korelacji pomiędzy średnią zawartością kwasu ferulowego w ziarnie 23 genotypów pszenicy a indeksem fuzariozy (2013) IFK Wariant doświadczenia Ochrona chemiczna Naturalne porażenia Inokulacja -0, , ,

20 Najważniejsze osiągnięcia Ważnym osiągnięciem było stwierdzenie statystycznie istotnego zróżnicowania zawartości kwasu ferulowego pomiędzy genotypami, kombinacjami doświadczenia i lokalizacjami doświadczeni. Najważniejszym osiągnięciem było stwierdzenie istotnej ujemnej korelacji pomiędzy IFK a średnią zawartością kwasu ferulowego w wariancie pełnej ochrony chemicznej w dwóch latach doświadczenia świadczy to o tym, że im większa zawartość kwasu ferulowego w ziarnie danego genotypu tym jest on w mniejszym stopniu porażany przez choroby fuzaryjne kłosa. Taki wynik może być podstawą do stwierdzenia, że analiza zawartości kwasu ferulowego mogłaby być wstępnym czynnikiem selekcyjnym w poszukiwaniu genotypów mniej porażanych przez choroby fuzaryjne kłosa. Dokładne wnioski dotyczące zasad takiej selekcji oraz stwierdzenia jaka zawartość kwasu ferulowego daje większą odporność mogłyby być jednak wyciągnięte po całym cyklu badań: 3 lata doświadczeń w 3 lokalizacjach. Przerwanie realizacji tematu po 1 roku badań w 3 lokalizacjach uniemożliwiło wyciągnięcie takich wniosków. Mierniki zadań w okresie 3 lat realizacji tematu Opublikowane: 1. Stuper K., Perkowski J., Nawracała J Comparison of anatytical methods of phenolic compounds determined in cereal grains. Rozdział w monografii "New trends in food analytics" po redakcją Szołtysik M i Dąbrowska A. Wyd. Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Wrocław 2011: Publikacja złożona: 1. Kurasiak-Popowska D., Stuper-Szablewska K., Nawracała J., Perkowski J. Phenolic acids content in winter wheat genotypes with different origin and susceptibility to Fusarium disease. Postery: 1. Stuper-Szablewska K., Kurasiak-Popowska D., Nawracała J., Perkowski J Profil kwasów fenolowych wybranych linii pszenicy. VIII Konferencja Naukowa Rozwój aparatury i prac naukowo-badawczych w przetwórstwie rolno-spożywczym, gospodarce rolnej i leśnej w zakresie automatyzacji procesów oraz w analityce; maja 2012 r., Państwowa Wyższa Szkoła Informatyki i Przedsiębiorczości w Łomży 2. Nawracała J., Perkowski J., Kurasiak-Popowska D., Stuper-Szablewska K., Weigt D Zawartość kwasu ferulowego i ergosterolu w ziarnie pszenicy ozimej o zróżnicowanej odporności na choroby fuzaryjne. Konferencja Naukowa "Nauka dla Hodowli i Nasiennictwa Roślin Uprawnych" r. Zakopane. Materiały konferencyjne: Data: dr hab. Jerzy Nawracała 20